科学探索|万亿美元规模的“太空经济”正面临空间碎片的威胁万亿美元规模的“太空经济”

西弗吉尼亚大学机械和航空航天工程助理教授皮尤什·梅塔（Piyush Mehta）表示，到 2030 年底，太空经济的价值有望突破一万亿美元。然而，那些空间资产（如每天为我们社会服务的导航、气象和通信卫星）日益受到空间碎片的威胁。

文章图片

根据美国国家航空航天局（NASA）的数据，估计有数百万块空间碎片围绕地球运行。这些碎片物体以及活动卫星的主要部分位于低地球轨道区域，高度在 200 至 1000 公里之间。Mehta 表示：“在低地球轨道上，我们保护这些空间资产的能力取决于对作用于卫星的空气动力的建模，特别是卫星的阻力。作用在卫星上的阻力受到各种物理参数的影响，然而，最关键和最不确定的是阻力系数和质量密度” 。
Mehta 解释说，由于这两个参数的相互联系，只有其中一个（通常是阻力系数）保持不变，科学家才能研究另一个。然而，Mehta 说，这导致我们对上层大气或热层的质量密度变化的理解不一致或不准确。
【科学探索|万亿美元规模的“太空经济”正面临空间碎片的威胁】

文章图片

最近，Mehta 获得了美国国家科学基金会颁发的著名的教师早期职业发展奖（CAREER 奖），以缓解这种不一致，并开发一个最先进的热层质量密度模型，这将加强研究人员对高层大气变化的理解、建模和预测。
Mehta 表示：“我们将通过不假设阻力系数是一个常数，而是获得对驱动阻力系数变化的物理过程的统计见解，特别是描述能量和动量在大气层和卫星之间交换的方式的气体-表面相互作用。CAREER 奖将通过一种结合人工智能和统计估计技术的创新方法来缓解这种不一致。这是一个非常小众的领域，全世界只有少数几个研究小组在解决这个问题” 。
Mehta 领导着其中一些小组在国际空间天气行动小组倡议下进行的卫星阻力系数建模的合作努力。通过这个竞争激烈的奖项，Mehta 将在五年内获得 640,655 美元的资金，以推进这个研究项目，同时也制定计划加强西弗吉尼亚大学的空间科学课程。
斯塔特勒工程和矿产资源学院（The Statler College of Engineering and Mineral Resources）计划开发一个新的研究生课程，即空间天气和空间系统（space weather and space systems），该课程将在机械和航空航天工程系每年开设。在开设新课程的同时，学院计划通过为全州 K-12 学校开展实践活动来扩大外联工作。
Mehta说：“外展工作将与西弗吉尼亚州科学公共外展团队合作，建立学习模块和动手建造卫星的活动。教育和推广活动将有助于激发和培训下一代空间科学和人工智能方面的人才” 。